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Probing Intercell Variability Using Bulk Measurements
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2018-05-25 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssynbio.8b00014 Harrison Steel 1 , Antonis Papachristodoulou 1
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2018-05-25 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssynbio.8b00014 Harrison Steel 1 , Antonis Papachristodoulou 1
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The measurement of noise is critical when assessing the design and function of synthetic biological systems. Cell-to-cell variability can be quantified experimentally using single-cell measurement techniques such as flow cytometry and fluorescent microscopy. However, these approaches are costly and impractical for high-throughput parallelized experiments, which are frequently conducted using plate-reader devices. In this paper we describe reporter systems that allow estimation of the cell-to-cell variability in a biological system’s output using only measurements of a cell culture’s bulk properties. We analyze one potential implementation of such a system that is based upon a fluorescent protein FRET reporter pair, finding that with typical parameters from the literature it is able to reliably estimate variability. We also briefly describe an alternate implementation based upon an activating sRNA circuit. The feasible region of parameter values for which the reporter system can function is assessed, and the dependence of its performance on both extrinsic and intrinsic noise is investigated. Experimental realization of these constructs can yield novel reporter systems that allow measurement of a synthetic gene circuit’s output, as well as the intrapopulation variability of this output, at little added cost.
中文翻译：
使用批量测量探查小区间变异性
在评估合成生物系统的设计和功能时，噪声的测量至关重要。可以使用单细胞测量技术（例如流式细胞仪和荧光显微镜）通过实验对细胞间的变异性进行量化。然而，这些方法对于高通量并行化实验是昂贵且不切实际的，而高通量并行化实验通常使用板读取器设备进行。在本文中，我们描述了一种报告系统，该报告系统仅通过测量细胞培养物的整体性质即可估算生物系统输出中的细胞间变异性。我们分析了这种基于荧光蛋白FRET报告基因对的系统的潜在实现方式，发现利用文献中的典型参数，该系统能够可靠地估计变异性。我们还简要介绍了基于激活sRNA电路的替代实现。评估报告程序系统可以起作用的参数值的可行区域，并研究其性能对外部噪声和固有噪声的依赖性。这些构建物的实验实现可以产生新颖的报告系统，该报告系统允许以很少的额外成本测量合成基因电路的输出以及该输出的种群内变异性。
更新日期：2018-05-25
中文翻译：
使用批量测量探查小区间变异性
在评估合成生物系统的设计和功能时，噪声的测量至关重要。可以使用单细胞测量技术（例如流式细胞仪和荧光显微镜）通过实验对细胞间的变异性进行量化。然而，这些方法对于高通量并行化实验是昂贵且不切实际的，而高通量并行化实验通常使用板读取器设备进行。在本文中，我们描述了一种报告系统，该报告系统仅通过测量细胞培养物的整体性质即可估算生物系统输出中的细胞间变异性。我们分析了这种基于荧光蛋白FRET报告基因对的系统的潜在实现方式，发现利用文献中的典型参数，该系统能够可靠地估计变异性。我们还简要介绍了基于激活sRNA电路的替代实现。评估报告程序系统可以起作用的参数值的可行区域，并研究其性能对外部噪声和固有噪声的依赖性。这些构建物的实验实现可以产生新颖的报告系统，该报告系统允许以很少的额外成本测量合成基因电路的输出以及该输出的种群内变异性。
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